Im Vergleich zu anderen Teilen des Gedächtnisses bleibt das Langzeit-Musikgedächtnis von Alzheimer-Patienten oftmals erstaunlich lange intakt und funktionsfähig. Die Ursachen dieses Phänomens lagen jedoch bisher im Dunkeln. Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Kognitions- und Neurowissenschaften in Leipzig, der Universität Amsterdam und des INSERM Caen haben mit einer neuen Studie nun erstmals das Musikgedächtnis lokalisiert und gezeigt, dass dieses Gehirnareal während der fortschreitenden Degenerierung des Gehirns bei Alzheimer-Patienten weitgehend erhalten bleibt.

Überraschenderweise verschont Alzheimer häufig das langzeitliche Musikgedächtnis weitgehend. In der Praxis nutzen Betreuer und Therapeuten diesen Umstand und Aktivieren ihre Patienten mit Musik. Mithilfe der Musik gelingt es den Betroffenen oft, an Gedächtnisinhalte wieder anzuknüpfen, Emotionen und Eindrücke zu beleben. Manchmal können sie Liedzeilen mitsingen, obwohl ihnen das Sprechen sonst nahezu unmöglich geworden ist.

Wissenschaftlich ist dieses Phänomen jedoch bisher weitgehend unerforscht. „Dies ist die erste neurowissenschaftliche Studie, die eine anatomische Erklärung für den Erhalt des Musikgedächtnisses liefert“, erklärt Jörn-Henrik Jacobsen, Wissenschaftler am Leipziger Max-Planck-Institut und der Universität Amsterdam.

Um dem Geheimnis näher zu kommen haben die Forscher mit Hilfe von funktionellen Ultrahochfeld-Magnetresonanzmessungen zunächst die Hirnareale für das Langzeit-Musikgedächtnis im Gehirn lokalisiert. Hierfür ermittelten sie aus den Top 10 der deutschen media control charts-Liste von 1977 bis 2007 die bekanntesten Kinderlieder, Oldies und Klassik-Stücke. „Musikerfahrung und damit auch das persönliche Musikgedächtnis sind ja weitgehend sozial und kulturell geprägt. Somit war es wichtig, die Auswahl nicht subjektiv zu treffen, sondern eine Gruppe entscheiden zu lassen“, erklärt Jacobsen. Die ausgewählten Songausschnitte mit hohem Bekanntheitsgrad wurden mit völlig unbekannten aber charakteristisch ähnlichen Musikstücken zu Dreiergruppen kombiniert.

Während der MRT-Messungen hörten die Probanden Musik-Dreiergruppen, die aus einem lange bekannten Song, aus einem kurz zuvor schon einmal gehörten Lied und einer ihnen völlig unbekannten Melodie bestanden. Nach den Messungen wurden die Daten mit Hilfe von statistischen Mustererkennungsverfahren ausgewertet. Die Wissenschaftler konnten nun anhand der unterschiedlich aktiven Gehirnareale entschlüsseln, welche der drei Kategorien (lang-, kurz-, nichtbekannt) gerade vom Studienteilnehmer gehört wurde. Für die Langzeit-Musik-Erinnerung konnten die Forscher so ein Gebiet in der sogenannten supplementär-motorischen Hirnrinde identifizieren – einen Bereich, der bei Bewegungen eine Rolle spielt.

„Unsere Studie zeigt, dass nicht – wie bisher vermutet – die Temporallappen der Großhirnrinde essentiell sind für die Musikerinnerung, sondern vielmehr Bereiche, die mit komplexen motorischen Abläufen assoziiert sind“, erklärt Jacobsen.

In einem zweiten Schritt verglichen die Wissenschaftler die für die musikalische Erinnerung relevanten Regionen aus der gesunden Gruppe mit anatomischen Befunden aus einer Studie mit Alzheimerpatienten. Sie untersuchten dabei drei wichtige Merkmale für diese Erkrankung: den Verlust von Nervenzellen, den verminderten Stoffwechsel und Ablagerungen des Amyloid-Proteins in betroffenen Gehirnregionen.

Tatsächlich verliert bei den Alzheimerpatienten das Gehirnareal, das zuvor als Langzeit-Musikgedächnis-Gebiet lokalisiert worden war, weniger Nervenzellen als das übrige Gehirn. Auch der Stoffwechsel sinkt nicht so stark ab. Das Ausmaß der Amyloidablagerungen ist ähnlich wie in anderen Gehirngebieten, führt aber nicht zu den sonst damit einhergehenden weiteren Entwicklungsstufen der Krankheit. Die Gehirnregionen des Langzeit-Musikgedächtnisses gehören damit zu den Arealen, welche bei Alzheimerpatienten häufig am geringsten vom Nervenzellverlust und den typischen Stoffwechselstörungen betroffen sind.

Die Ergebnisse der Untersuchungen deuten also daraufhin, dass das Langzeit-Musikgedächtnis bei Alzheimer-Patienten im Vergleich zum Kurzzeitgedächtnis, dem autobiografischen Langzeitgedächtnis oder Sprache besser erhalten bleibt. Deshalb funktioniert es möglicherweise auch in späteren Stadien der Krankheit noch weitestgehend. „Außerdem unterstützt dieser Befund eine Vermutung, die bereits im Zusammenhang mit anderen Studien angestellt wurde. Hier hatte man eine erhöhte Netzwerkverbindung zwischen dem vorderen Gyrus cinguli und anderen Knotenpunkten bei Alzheimerpatienten beobachtet. Das legt nahe, dass diesem Gehirnbereich überdies noch spezielle kompensatorische Funktionen bei fortschreitender Krankheit zukommen“, erklärt Jacobsen die Bedeutung der Ergebnisse.

Mit ihren Untersuchungen wollen die Wissenschaftler der Forschung zu den bisher wenig verstandenen Wirkmechanismen der langerhaltenen Musikerinnerung bei Alzheimerpatienten neue Impulse geben. „Denn erst ein fundiertes Verständnis der komplexen Zusammenhänge“, so Jacobsen, „könnte in Zukunft eine wirkliche therapeutische Nutzung von Musik bei der Patientenbetreuung ermöglichen.“

Die Forscher sind also dabei, den sogenannten Rhythmus des Gedächtnisses zu entschlüsseln. Wenn man sich Dinge merkt, arbeiten die Nervenzellen in bestimmten Gehirnzentren plötzlich synchron. Im Zentrum des Gedächtnisses, dem Hippocampus, herrscht ein schnellerer Rhythmus als bei einem Heavy-Metal-Konzert: Bis zu zehn Mal in der Sekunde feuern dort die Nervenzellen, wenn wir uns neue Dinge einprägen. Und zwar, wie die Instrumente eines Orchesters, im schönsten Gleichtakt. Hirnforscher der Universität Bonn haben nun aufgeklärt, wie es zu dieser Synchronisierung kommt. Ihre Ergebnisse wurden im Journal of Neuroscience veröffentlicht.

Der Taktstock, der diesen Rhythmus dirigiert, sitzt etwas entfernt im Vorderhirn – das so genannte mediale Septum. Wenn das Septum nicht richtig funktioniert, entartet der Heavy-Metal-Rhythmus des Gedächtnisses und wird ungleichmäßig. Gleichzeitig versorgt das Septum den Hippocampus mit dem Nervenzell-Botenstoff Acetylcholin, der für die Speicherung neuer Gedächtnisinhalte wichtig ist. Menschen mit einem geschädigten Septum haben daher Probleme, sich neue Geschehnisse zu merken.

Wie wichtig die Funktion des Septums ist, weiß man schon seit einigen Jahrzehnten. Unbekannt war bislang allerdings, inwiefern die Acetylcholin-Ausschüttung mit der Taktgeber-Funktion zusammen hängt. Der Epileptologe Heinz Beck von der Universität Bonn hat diese Frage mit seinem Team nun geklärt.

Eine Schlüsselrolle übernehmen demnach Acetylcholin-produzierende Zellen im Septum. Diese „cholinergen“ Zellen sind mit dem Hippocampus verkabelt, so dass sie dort Acetylcholin ausschütten können. Das Acetylcholin bremst im Hippocampus die Gedächtniszellen, so dass diese langsamer feuern. Gleichzeitig aktivieren die cholinergen Zellen im Septum selbst die eigentlichen Taktgeber-Zellen. Auch diese entsenden Steuerungs-Leitungen in den Hippocampus. Darüber können sie sehr genau regeln, wann und mit welcher Frequenz die Gedächtniszellen feuern. Zusammen bewirken diese zwei Effekte, dass die Gedächtniszellen im Hippocampus zwar seltener feuern, dafür aber sehr präzise und synchron.

„Vermutlich ist der Rhythmus wichtig, um die Funktionen des Gedächtnisses zu koordinieren“, spekuliert Holger Dannenberg vom Labor für experimentelle Epileptologie der Universität Bonn. „So ist es wahrscheinlich nur in bestimmten Phasen des Rhythmus möglich, Inhalte zu speichern, und in anderen Phasen, gespeicherte Inhalte zu laden.“ Merken und Erinnern werden so zeitlich voneinander entkoppelt. Wenn das nicht funktioniert, gerät unser Gedächtnis durcheinander. Eventuell erlauben die Ergebnisse daher auch neue Einblicke in die Entstehung von Demenz-Erkrankungen. So gibt es bereits Hinweise darauf, dass bei Alzheimer-Patienten die Funktion des Septums gestört ist.